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多传感器集成与融合及其在机器人中的应用

2014/12/7    来源:测控网        
关键字:传感器  机器人  多传感器集成  
多传感器集成与信息融合技术是80年代初发展起来的,它首先应用在军事上。美、英、法等国将战场信息的融合列为一项重大的研究课题,美国国防部专门成立了一个信息融合小组,并组织了几个专题计划,研究、开发多传感器信息融合技术。随着对机器人应用领域要求的不断扩大和第二代具有局部(初级)智能机器人的研究与开发,多传感器集成与信息融合技术对提高机器人系统性能的重要性能越来越受到人们的关注,智能机和新一代智能机器人也朝着多传感器的方向发展。

一、前言

  多传感器集成与信息融合技术是80年代初发展起来的,它首先应用在军事上。美、英、法等国将战场信息的融合列为一项重大的研究课题,美国国防部专门成立了一个信息融合小组,并组织了几个专题计划,研究、开发多传感器信息融合技术。随着对机器人应用领域要求的不断扩大和第二代具有局部(初级)智能机器人的研究与开发,多传感器集成与信息融合技术对提高机器人系统性能的重要性能越来越受到人们的关注,智能机和新一代智能机器人也朝着多传感器的方向发展。1979年法国的Hilare移动机器人,1985年美国DARPA战略计划的自主陆地车(ALV),1986年Carnegie- Mellon大学的CMU自主陆地车和1987年Stanford大学的Stanford移动机器人都成功地应用了多传感器信息集成与融合技术处理各种复杂野外环境的传感信息。

  在工业机器人方面,日本HITACHI公司正在开发用三维视觉和力传感器的集成电路装配机器人,欧洲信息技术研究战略计划ESPRIT也在开发具有视觉、触觉和力觉的机器人,用于材料加工以及集成装配作业。近年我国才开始这一领域的研究工作。我国的"863高技术研究计划"对传感器和传感技术的研究给予了高度重视,1992年11月在北京召开的"863"高技术智能机器人研究与发展讨论会上,与会专家、学者再次重申了这一观点,同时对多传感器集成与信息融合技术给予了特别的关注。在"863计划"的支持下,近年来在传感技术、信息处理、机器人控制和人工智能等基础研究方面取得了显著的成果,为多传感器集成与信息融合技术在机器人中的应用奠定了一定的基础。

二、多传感器集成与信息融合

  近年来,人们对协同运用多传感器以增强智能机器和系统功能的兴趣日益增加。为了使系统有效地利用各种传感器提供的信息,需要一种有效的方法来集成这些传感器提供的信息。但就目前而言,人们大多还采用传统的方法,即在多传感器系统中,对来自每个传感器的信息单独地输入系统,分别独立的加以利用。这样,由于外部传感器数量的增加,必然会带来复杂的控制任务与传感信息处理之间的矛盾。通常,随着传感器及其相关处理操作数目的增多,控制程序和通讯的复杂程度呈指数规律增长,因此,研究并提出一种合理的控制结构和多传感器信息集成与融合方法已成为人们攻克的一个重点课题。 许多文献介绍了多传感器集成与信息融合方面的研究成果,各种不同的控制结构和融合方法相继问世,但对信息集成与融合似乎还没有一个十分明确、严格的定义和统一的认识,大多数专家学者都是从自己研究的具体的系统中理解多传感器信息集成与融合的含义,并提出各种不同的实现方法和控制结构。

  美国北卡罗莱纳州立大学的REN C.Luo和MICHAELE.KAY在综述了已有研究成果的基础上,提出了一个比较明确的定义。所谓多传感器集成是指协调运用多传感器装置提供的信息, 以协助系统完成任务,它处于系统结构和控制级上,涉及的问题较一般。而多传感器信息融合的概念更严格,它通常是指在集成过程的任一阶段,将不同来源、不同性质的感觉信息融合成一种统一的表示形式(通常是符号表示),它所涉及的问题大多数情况下是数学表达或统计问题。笔者认为,没有必要将集成与融合过于严格地区分开来,两者只是在系统的不同层面上采用不同的表示和处理方式,但都是综合运用多传感器信息的手段。也就是说,所谓多传感器信息集成与融合是采用一种最佳的系统结构和合适的信息处理方法,综合运用多传感器信息,以增强系统在各种复杂的、动态的、不确定环境中的自主决策能力。信息集成是融合的基础,将集成处理的多传感器信息进行合成,形成对外部环境某一特征的一种表达方式就是融合。经过集成与融合的多传感器信息能完善的、精确地反映环境特征,与单一传感器只能获得环境特征的部分信息段相比,它具有冗余性、互补性、实时性和低成本四大优点。

责任编辑:陈浩
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